哪种污泥处理处置组合工艺“性价比”最高？

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【摘要】：

“在污泥处理处置工艺的选择上，不存在一劳永逸的通用解决方案。”

“在污泥处理处置工艺的选择上，不存在一劳永逸的通用解决方案。”

的确，任何一条技术路线的选择都需要根据污泥的性质、成分、技术水平、当地条件、经济成本以及污泥最终的去路来决定。

现如今，我国污泥处理处置行业已形成了几条较为清晰的技术路线。比如，“厌氧消化-土地利用”、“干化-焚烧-灰渣填埋或建材利用”、“工业窑炉协同焚烧”以及“脱水-填埋”等。

低碳背景下该如何结合本土现状寻找一条合适的污泥出路呢？

一、厌氧消化-土地利用

污泥的厌氧消化又称为污泥的厌氧生物稳定，是利用多种（厌氧及兼氧）微生物对污泥进行厌氧生化处理的过程。

污泥经厌氧消化，降解污泥中易腐化发臭的物质，将其转化为低分子有机物，同时减少病原菌、消除臭味，使污泥达到减量化、稳定化和无害化。

同时，厌氧消化过程中会产生的大量高热值的沼气；污泥经脱水处理后，还可进行土地利用或作为水泥厂、燃煤电厂的辅助燃料等，真正意义上地实现了污泥的资源化。

资料显示，欧美60%以上的污水处理厂都建有污泥消化和沼气利用设施，通过沼气发电，其电能可满足污水厂33%-100%电力。

影响厌氧消化的因素很多，主要有温度、污泥龄与负荷、营养物质与C/N比、有毒物质、pH值以及消化池中N的平衡等。

其中，温度是影响厌氧消化的重要因素之一。污泥厌氧消化反应温度分别在30℃～36℃和50℃～53℃之间，称为中温消化和高温消化。

高温消化较之中温消化分解速率快、产气速率高、所需消化时间短、寄生虫卵杀灭率高、有机物降解更彻底，但高温消化消耗热能相对较大，耗能高，控制困难。

而与高温消化相比，中温消化能耗较少、整体能维持在一个较高的消化水平。

因此，国内污水处理厂污泥厌氧消化多选用中温消化。

经济成本

厌氧消化：单位投资成本（¥/t DS）=157～321；单位运行成本（¥/t DS）=264～309。
厌氧消化-土地利用：综合处理处置成本（¥/t DS）=750；处理设备占地（m2/t DS）=80～120。

碳排放

厌氧消化-土地利用在碳排放过程中产生的主要碳源为电耗、絮凝剂、未利用甲烷和一氧化氮排放和其他直接或间接的燃料消耗；

碳汇主要为产生的沼气代替化石燃料利用、代替磷肥和氮肥产生及在污泥肥料施用后分解的被植物直接捕获的碳量。

二、好氧发酵-土地利用

好氧发酵也称污泥好氧堆肥，通常是指有氧条件下，在好氧嗜温菌、嗜热菌等的作用下，使污泥中的有机物分解，转化成稳定的腐殖质的过程。

经过好氧发酵的污泥，其含水率可降至 50%左右，可对脱水后污泥实现减量。

发酵污泥的资源化利用主要有：垃圾填埋场覆盖土、园林绿化及废弃场地的土地修复等，当然如果污泥中重金属等有毒、有害物质不超标，一般还可作为有机农肥使用。

值得一提的是，污泥堆肥不适合大规模的污泥处理工程，特别是在南方多雨天气下，对其反应设施和储存设施要求相对较高。

相对于厌氧消化，污泥好氧堆肥的过程中会消耗大量能耗与药耗，也正因如此，污泥好氧发酵在国外通常作为污泥厌氧消化的补充技术。

经济成本

好氧堆肥：单位投资成本（¥/t DS）=60；单位运行成本（¥/t DS）=219～250。
好氧发酵-土地利用：综合处理处置成本（¥/t DS）=650；处理设备占地（m2/t DS）=150～200。

碳排放

好氧发酵-土地利用在碳排放过程中主要碳源为电耗、絮凝剂、未利用甲烷和一氧化氮排放和其他直接或间接的燃料消耗；

碳汇主要为代替磷肥和氮肥产生和在污泥肥料施用后分解的被植物直接捕获的碳量。

三、热干化-土地利用

热干化技术是指通过污泥与热媒之间的传热作用，脱除污泥中全部或部分水分的工艺过程。

污泥热干化处理与机械深度脱水等方式相比可使污泥含水率降至10%～30%或者可以全部去除，一般还可根据污泥处置方向调整出料污泥含水率。

热干化技术处理后，可使污泥深度脱水，实现污泥的减量化。干化后污泥热值、有机物含量基本不变，而且在高温条件下，污泥中的微生物基本灭活。干化污泥可以用来堆肥、掺烧、

园林绿化、建材原料等，进而实现污泥资源化和无害化。

虽然污泥热干化工艺占地面积小，集约化程度高，但该工艺流程较长、系统相对复杂、各系统工艺设备繁琐、运行管理水平及系统安全要求高、工程投资及运行成本高。

四、干化-焚烧-灰渣填埋或建材利用

污泥焚烧是指在一定温度和有氧条件下，污泥分别经蒸发、热解、气化和燃烧等处理方式，使其有机组分发生氧化（燃烧）反应生成CO2和H2O等气相物质，无机组分形成炉灰、渣等

固相惰性物质的过程。

需要特别说明的是，当污泥含水率较高，热值较低时，直接进入焚烧炉焚烧会消耗大量的辅助燃料，能量利用率低，运行费用高。

因此，采用污泥直接焚烧技术前，应先将污泥干化后再焚烧。

干化焚烧可实现污泥较高程度的减量化、稳定化，当污泥中有毒有害物质含量很高且短期不可降低时这种处理方法尤为适用。

但是干化焚烧设备投资大，存在潜在烟气污染，完善的烟气处理系统不论是投资与运行费用都很高。

经济成本

热干化：单位投资成本（¥/t DS）=273～365；单位运行成本（¥/t DS）=750～1000。
单独干化焚烧：单位投资成本（¥/t DS）=365～639；单位运行成本（¥/t DS）=1025～2045。
机械热干化+焚烧：综合处理处置成本（¥/t DS）=1778；处理设备占地（m2/t DS）=8～14。

碳排放

机械热干化+焚烧在碳排放的过程中主要碳源为电耗、絮凝剂、未利用甲烷和一氧化氮排放和其他直接或间接的燃料消耗；

主要的碳汇为灰渣建材利用后替代石灰等建材原料的碳汇。

五、石灰稳定-填埋或深度脱水-填埋

石灰稳定技术是指通过对脱水污泥中添加一定比例的石灰（另需添加特殊调理剂）均匀混合，生石灰和污泥中的物质相互作用，生成稳定的固体化合物，并释放出大量热能的过程。

污泥经石灰稳定后，能达到以下效果：1）脱水；2）灭菌和抑制腐化；3）钝化重金属离子；4）污泥改性、颗粒化；5）可实现污泥液中总磷去除。

同时，经石灰稳定处理后的污泥资源化前景也十分广阔，可以作为建筑原料、水泥厂协同焚烧、路基材料、土壤改良剂、垃圾卫生填埋场覆盖土等。

但石灰稳定固化由于添加大量的石灰固化剂，增加了污泥干物质量，目前大多数地区仅作为临时应急路线。

深度脱水填埋成本相对较低，但是部分调理剂的添加不利于后续处置，且填埋不可持续，大部分地区选用的态度越来越谨慎，未来深度脱水填埋作为主要技术路线的地区将越来越少，

主要作为应急处置方式。

经济成本

生石灰稳定：单位投资成本（¥/t DS）=54～82；单位运行成本（¥/t DS）=350～500。

单独填埋：单位投资成本（¥/t DS）=183～274；单位运行成本（¥/t DS）=400～600。

垃圾混合填埋：单位投资成本（¥/t DS）=27；单位运行成本（¥/t DS）=48～123。

制砖：单位投资成本（¥/t DS）=7；单位运行成本（¥/t DS）=300。

石灰稳定-填埋：综合处理处置成本（¥/t DS）=1145；处理设备占地（m2/t DS）=2～5。深度脱水-填埋：综合处理处置成本（¥/t DS）=512；处理设备占地（m2/t DS）=8～10。

深度脱水-制砖：综合处理处置成本（¥/t DS）=669。

碳排放

石灰稳定+填埋的主要碳源为电耗和石灰消耗，深度脱水+直接填埋主要碳源为电耗、絮凝剂、未利用甲烷和一氧化氮排放；

可能的碳汇为填埋气替代化石燃料的碳汇。

综上所述，如果从经济成本的角度考虑，组合工艺的选择顺序应该为：

1、浓缩-深度脱水-卫生填埋

2、浓缩-脱水-石灰固化-填埋

3、脱水污泥-高温好氧发酵-土地利用

4、干化-水泥窑/砖窑-建材利用

5、高温热水解预处理-厌氧消化-深度脱水-干化-土地利用/建材利用

6、高温热水解预处理-厌氧消化-深度脱水-高温好氧发酵-土地利用

7、污泥干化-焚烧-建材利用/填埋

而如果从低碳经济、循环利用角度考虑，组合工艺的选择顺序应该为：

1、高温热水解预处理-厌氧消化-深度脱水-高温好氧发酵-土地利用

2、高温热水解预处理-厌氧消化-深度脱水-干化-土地利用/建材利用

3、脱水污泥-高温好氧发酵-土地利用

4、干化-水泥窑/砖窑-建材利用

5、污泥热解-回收蛋白-深度脱水-绿化用土/建材用土/燃料

6、污泥干化-焚烧-建材利用/填埋

来源：环保水圈

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